(57)【要約】【課題】  セラミックレドームの表面粗さを小さくするように加工するには、膨大な加工時間を必要とし、表面粗さにも限界があった。このため、加工効率を落とさずにセラミックレドームの表面粗さを改善することが求められていた。【解決手段】  高速回転するセラミックレドームの表面に、ダイヤモンド砥石を接触させて、セラミックレドームを研削加工する第１の工程と、第１の工程後に、高速回転するセラミックレドームの表面に、樹脂材料に砥粒を付着させた研磨用砥石を接触させて、セラミックレドームの表面を研磨する第２の工程の順序で、セラミックレドームを外形加工する。【選択図】        図３
2005230972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速回転するセラミックレドームの表面に、ダイヤモンド砥石を接触させて、当該セラミックレドームを流線型状に研削加工する第１の工程、
上記第１の工程後、高速回転するセラミックレドームの表面に、樹脂材料に砥粒の付着した研磨用砥石を接触させて、当該セラミックレドームの表面を研磨する第２の工程、
の順序で、セラミックレドームを外形加工することを特徴としたレドームの加工方法。
【請求項２】
上記第２の工程は、上記第１の工程後の、セラミックレドームの平均表面粗さの範囲内の削り込み量で、当該セラミックレドームの表皮を削ることを特徴とした請求項１記載のレドームの加工方法。
【請求項３】
上記研磨用砥石は、プラスチック繊維に、アルミナセラミックスの粒を付着させて成ることを特徴とした請求項１記載のレドームの加工方法。
【請求項４】
請求項１記載のレドームの加工方法で製造されたセラミックレドーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスで被覆したレドーム（セラミックレドーム）を加工成形する加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速飛しょうする飛しょう体は、空気摩擦によって発生する空力加熱によって、高温に晒される。飛しょう体の先端部に取付けられたレドームは、材料にセラミックスを用いて、内部搭載機器を高温環境から保護している。高速で飛しょうしているとき、空気とセラミックレドームの外表面との空気摩擦によって、外表面が加熱され、その結果、セラミックレドーム内表面と外表面との温度差が大きくなる。
【０００３】
従来の飛しょう体は、レドームにクラックが発生すると、上記温度差によってクラックを広げようとする熱膨張による応力が発生していた。この応力はクラック発生部に集中するため、セラミックレドームは破損することになる。このため、セラミックレドームを飛しょう体に取付ける前に、セラミックレドーム表面のクラックの発生有無を自動的に検出し、クラック発生に伴なうセラミックレドームの破損を未然に防止する技術が知られていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３９９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のセラミックレドームは、ダイヤモンド砥石を用いて外形を研削加工で成形している。通常の研削加工を行う場合、レドーム表面に無数の加工傷が生じる。加工後の表面粗さが粗い場合、深くて大きくな加工傷が発生する。飛しょう体がより高速に飛しょうする場合、レドーム表面に存在する深い加工傷によって、クラック発生部と同様に応力集中が生じ、セラミックレドームが破損するという問題があった。
【０００６】
また、セラミックレドームの表面粗さを小さくするように加工するには、膨大な加工時間を必要とし、表面粗さにも限界があった。このため、加工効率を落とさずにセラミックレドームの表面粗さを改善することが求められていた。
【０００７】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、加工効率が良く、かつセラミックレドームの表面粗さを小さくする加工方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のレドームの加工方法は、高速回転するセラミックレドームの表面に、ダイヤモンド砥石を接触させて、当該セラミックレドームを流線型状に研削加工する第１の工程、
上記第１の工程後、高速回転するセラミックレドームの表面に、樹脂材料に砥粒の付着した研磨用砥石を接触させて、当該セラミックレドームの表皮を研磨する第２の工程、
の順序で、セラミックレドームを外形加工するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来のダイヤモンド砥石で除去できなかったセラミックレドームの表面粗さが粗い部分を、研磨用砥石で研磨し除去することにより、表面粗さが細かくなっていくとともに、セラミックレドームの強度が増していく。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明のセラミックスレドームの加工方法に関して、図面にもとづいて実施の一形態を説明する。
【００１１】
図１は飛しょう体１に搭載されたレドームの配置を示す図である。図において、セラミックレドーム２はセラミックスで被覆されている。セラミックレドーム２は、高い耐熱性を有し、更に熱伝導率が小さい。このため、飛しょう体１が超音速で飛しょうしても、空力加熱が最も大きくなる機体先端部を保護することができるので、短時間で超音速に至る際に発生する熱衝撃による高温から、ホーミング装置等の内部電子機器を保護することができる。
【００１２】
図２はセラミックレドーム２における外表面１８と内面１９の温度差が大きい場合の熱応力分布を示す図である。図において、飛しょう体１は、短時間で極超音速まで飛しょう速度を上げて飛しょうするため、セラミックレドーム２の外表面１８と空気との摩擦によって、外表面１８が加熱される。セラミックレドーム２の内面１９との温度差が大きくなれば、熱膨張による力（以下熱応力１７という）も大きくなる。熱応力１７が大きいところに大きな加工傷８やクラック９があると、応力が集中するため、セラミックスレドーム２は破損し、破壊に至る可能性がある。
【００１３】
セラミックレドーム２は、脆性材であることから、セラミックレドーム２の表面には、加工傷８やクラック９が発生する。この加工傷８やクラック９は、ダイヤモンド砥石を用いた旋盤で研削加工する時に発生する場合が多く、セラミックレドーム２の表面には加工傷が無数にできる。また、この加工傷８は研削条件によって発生度合いが大きく変わり、表面粗さに大きな影響を与える。
【００１４】
表面粗さとセラミックス強度の間には深い関係があり、表面粗さが大きくなるにしたがって、セラミックス強度が低下する。よって、セラミックレドーム２の強度を上げるためには加工傷８の山１３と谷１４の差を小さくして、表面粗さを出来るだけ小さくする必要がある。
【００１５】
図３は、本発明のセラミックレドーム２の表面粗さを改善する加工方法の一例を示す概略図である。
図に示すように、まず、セラミックレドーム２を旋盤に取付治工具３で固定する。セラミックレドーム２は、旋盤の回転軸４周りに、一分間に数回から数万回の回転速度で回転させる。
【００１６】
第１の工程では、ダイヤモンド砥石５を、スピンドルの回転軸６周りに、一分間に数回から数万回の回転速度で回転させる。次に、ダイヤモンド砥石５を、セラミックレドーム２が削れる程度に接触させる。この状態で、ダイヤモンド砥石５をセラミックレドーム２の外形に沿った状態で移動させて、セラミックレドーム２の表面を均一に削っていく。これによって、セラミックレドーム２を流線型状に加工し、その外形形状を確定する。通常は、セラミックレドーム２の回転軸４とスピンドル回転軸６とが平行となるように配置するが、加工条件によっては、スピンドル回転軸６をセラミックレドーム２の表面と平行になるように配置する。セラミックレドーム２は脆性材料であることから、ダイヤモンド砥石５を用いた研削後の研削面７には、無数の加工傷８やクラック９が発生している。
【００１７】
次に、第２の工程では、ダイヤモンド砥石５にて加工した研削面７に対し、研磨用砥石１０によって研磨加工を行う。ダイヤモンド砥石５による研削と同様に、セラミックレドーム２は旋盤に取付治工具３で固定されている。研磨用砥石１０は、旋盤の回転軸４上を、一分間に数回から数万回の回転速度で回転する。また、研磨用砥石１０は、スピンドル回転軸６上を、一分間に数回から数万回の回転速度で回転している。更に、研磨用砥石１０は、セラミックレドーム２が触れる程度に接触した状態で、セラミックレドーム２の外形に沿った状態で移動させ、セラミックレドーム２の表面を均一に研磨していく。研磨は、研削加工後の研削面７の表面粗さの範囲内で、研削面７の表皮を削るように研磨する。セラミックレドーム２の回転軸４とスピンドルの回転軸６は基本的には平行となっているが、加工条件によっては、スピンドルの回転軸６をセラミックスレドーム２の表面と平行にすることもある。研磨用砥石１０で加工された後の研磨面１１は、表面粗さが小さくなり、加工傷８やクラック９が殆ど見られなくなる。
【００１８】
ダイヤモンド砥石５は、円盤状の金属にダイヤモンドの粒をメタルやレジンで取付けたもので構成され、ダイヤモンドの粒径によってセラミックスレドーム２の表面粗さが変わってくる。一方、研磨用砥石１０はプラスチック系の繊維等に、例えばアルミナのような硬いセラミックスの粒やダイヤモンドの粒を付着させたものであり、ダイヤモンド砥石５に比べて柔らかい。
【００１９】
ダイヤモンド砥石５による研削加工と、研磨用砥石１０による研磨加工は、別々の旋盤を用いて加工してもよいが、好ましくは同じ旋盤を用いる。同じ旋盤を用いて加工する場合は、第１の工程と第２の工程との間で、スピンドル回転軸６のダイヤモンド砥石５を研磨用砥石１０に交換する。これによって、加工準備時間を短くできる。また、研磨用砥石１０を用いた第２の工程の研磨加工時間は、第１の工程のダイヤモンド砥石５を用いた研削加工時間の、１／１０程度の短い時間で済む。
【００２０】
図４は、セラミックレドーム２の表面粗さの一例を示す図である。図に示すグラフは縦軸に表面輪郭を示し、横軸に測定範囲を示す。まず、第１の工程で、ダイヤモンド砥石５でセラミックレドーム２を研削した場合、その研削面７の表面粗さ１２は、図に示すように山１３と谷１４の形状がランダムに連なる形状になっている。この山１３と谷１４の関係から表面粗さが決まる。次に、第２の工程で、研磨用砥石１０で追加加工した場合は、上述の研削面７の表皮を研磨することになるため、山の頂き１５側から研磨することになる。山の頂き１５の部分は削り取り量が少ないため、研削面７の表面粗さ１２の範囲内で、短時間で研削面７の表皮を除去することが可能である。したがって、研磨面１１の表面粗さ１６は研削面７の表面粗さ１２よりも、より細かくすることが可能となる。これによって、本実施の形態によって改善された研磨加工後の表面粗さは、研削加工のみであった従来の加工後の表面粗さに比べて充分に小さくなる。
【００２１】
図５は、研磨砥石負荷量と表面粗さの関係を示す図である。図に示すグラフは縦軸に表面粗さを示し、横軸は研磨用砥石１０の接触圧力と送り速度等を考慮した研磨砥石負荷量を示す。図に示すように、研磨砥石負荷量が増すと、研磨面１１の山の頂き１５部の除去が進んで、結果として表面粗さが小さくなる。この関係に基いて、所望の表面粗さとなるように、研磨砥石負荷量を決めればよい。
【００２２】
図６は、表面粗さと強度の関係を示す図である。図に示すグラフは縦軸にセラミックレドーム２の強度を示し、横軸は表面粗さを示す。
【００２３】
図から表面粗さが細かくなれば強度も強くなることが分かる。ダイヤモンド砥石５にて加工した研削面７の表面粗さでは、セラミックレドーム２の強度が低い。一方、研磨用砥石１０で追加加工した場合、更に表面粗さが小さくなるため、セラミックスレドーム２の強度が格段に向上する。研磨用砥石１０による研磨加工後の表面粗さを、研削加工後の表面粗さの半分よりも少し大きくした場合、強度の向上は２倍よりも大きくなる。また、研磨加工の追加によって増える加工時間は、上述したように、研削加工時間の１．１倍程度であり、加工時間のロスは極めて少ない。寧ろ、表面粗さが少しでも小さくなるように膨大な時間（１０倍以上の時間）をかけて研削加工を続けるよりも、研磨加工を追加工で実施する方が、遥かに全体の加工時間が短くなる。また、研磨加工の追加工によって得られる充分に小さな表面粗さは、研削加工のみでは実現することはできない。
【００２４】
以上により、強度を倍以上に向上させたセラミックレドーム２の製造を、１割程度の僅かな加工時間の追加で製造することが可能となる。これによって、飛しょう体１の飛しょう速度が更に速くなっても、その熱応力１７に充分に耐えることができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明のセラミックレドームの表面粗さを改善する加工方法を用いてセラミックレドームを加工することにより、加工効率を落とさずに表面粗さが改善され、許容応力の高いセラミックレドームを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】高速飛しょう体のレドームの配置を示す図である。
【図２】セラミックレドームにおける外表面と内表面の温度差が大きい場合の熱応力分布を示す図である。
【図３】本発明のセラミックレドームの表面粗さを改善する加工方法の概略図を示す図である。
【図４】セラミックレドームの表面粗さの一例を示す図である。
【図５】研磨砥石負荷量と表面粗さの関係を示す図である。
【図６】セラミックスレドームの表面粗さと強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  高速飛しょう体、２  セラミックレドーム、３  取付治工具、４  旋盤の回転軸、５  ダイヤモンド砥石、６  スピンドルの回転軸、７  研削面、８  加工傷、９  クラック、１０ 研磨用砥石、１１  研磨面。
【図１】
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【図２】
2005230972.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005230972.tif 000006
【図５】
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【図６】
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